Project Oasis: Voice Terrarium: 9 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Project Oasis es un terrario de voz con el que puedes hablar. Es un ecosistema cerrado autosuficiente que imita el clima exterior pero dentro de una caja. Puede preguntarle al terrario sobre 'El clima en Seattle' como respuesta a lo que podría comenzar a verterse dentro de la caja. El terrario también puede generar nubes, neblina o cambiar la iluminación para representar otras condiciones climáticas.

Paso 1: Motivación

El medio de nuestra conversación con la naturaleza es tan visual y multimodal, en contraste con lo que hacemos con la tecnología hoy. El clima en los teléfonos o las computadoras no invocan los mismos sentidos que literalmente ver o sentir el clima. Pensé en esto durante mi tiempo en Google Creative Lab y creé Project Oasis.

Es un terrario con el que puedes hablar con el Asistente de Google. Puede pedirle que cree ciertas condiciones o que le muestre el clima en un lugar específico. Este experimento amplía nuestra conversación con la tecnología y el mundo natural. Vivimos entre la naturaleza y la tecnología y tradicionalmente los vemos como dos mundos muy diferentes. Oasis es una conversación ecológica pero de forma natural; ni programado ni caótico. A continuación se muestran los pasos sobre cómo crear uno de sus propios terrarios activos.

Paso 2: Mecanismo general

El terrario como se mencionó crea condiciones de lluvia, niebla y luz. La parte superior del terrario tiene LED, una bandeja de lluvia más un pequeño recinto con resonadores de cerámica en contacto con el agua. Estos pequeños discos resuenan a ~ 1-1.7Mhz para atomizar el agua en lo que parece una niebla.

La parte inferior del terrario alberga dos bombas peristálticas y otros componentes electrónicos. Un depósito en la parte inferior del terrario contiene el exceso de agua. El agua se recicla / encaja y se bombea hasta la bandeja de lluvia mediante una de las bombas peristálticas silenciosas.

Paso 3: Diseño de la caja

Enlace a CAD

Lista de herramientas / materiales:

1. Láminas de acrílico / plexiglás de 0,25 "de grosor (24" x 18 "- Cantidad: 4)
2. Pegamento Acrílico
3. Juego de brocas con brocas inferiores graduadas de 1/4"
4. Cinta métrica + calibradores
5. Pegamento epoxi (~ 15 minutos de tiempo lindo)
6. Sellador GE para impermeabilización
7. Tubería de PVC transparente 1/4 "OD + conectores de púas

Las pautas de diseño para este terrario son flexibles y no reglas estrictas y rápidas. Elegí construir uno que pudiera mantener en mi escritorio o uno que se vería bien en una encimera. Además, tenía una idea general sobre el espacio que ocuparían mis dispositivos electrónicos, plantas y depósito de agua. Decidí que todo el recinto fuera H: 15 "W: 6" L: 10"

Las dimensiones CAD en la figura anterior muestran la ruptura general; en general, los componentes electrónicos superior e inferior ocupan 4 "de altura cada uno. El depósito ocupa 4" L en la parte inferior dejando 6 "L para los componentes electrónicos (más sobre los componentes electrónicos más adelante).

Decidí usar acrílico / plexiglás para esta versión de terrario, ya que está fácilmente disponible, es muy fácil de mecanizar con láser y las piezas se pueden pegar / soldar con una variedad de cementos acrílicos. El vidrio o los plásticos transparentes son buenos candidatos dependiendo de qué tan lejos quieras llegar con el look, especialmente si el terrario va a tener curvas. Además, las versiones de plexiglás a prueba de rayones también están disponibles en muchas tiendas, por lo que aún podría dejarlo como una opción ideal.

Diseñé el modelo 3D para mi terrario en Fusion 360, solo porque quería darle una oportunidad. Los archivos CAD para este proyecto se adjuntan con este paso. Aplané todos los bocetos para obtener archivos de máquina láser y sigue el proceso de mecanizado láser estándar. Configurar el láser (Epilog en mi caso), abrir los archivos en Corel Draw y ejecutar el mecanizado.

Debería tener las piezas acrílicas necesarias para el montaje de la caja ahora. Consulte CAD y, de abajo hacia arriba, ensamble las piezas con cemento acrílico para obtener una caja, con andamios en la parte superior / inferior. Use calibradores y tapete de regla (ya que su caja es transparente) como guía para un proceso de ensamblaje más fácil.

Paso 4: Diseño de electrónica

Lista de componentes / electrónica:

1. Fuente de alimentación de 5 V / 10 A (cantidad: 1)
2. Convertidor Boost 3V-35V (Cantidad: 2)
3. Bomba peristáltica dosificadora de 12 V CC (Cantidad: 1)
4. Bomba peristáltica de 2200 ml / min (Cantidad: 1)
5. Discos de cerámica Icstation de 20 mm, frecuencia = 113 KHz, con placas de controlador (Cantidad: 2)
6. Tira de LED RGB (Cantidad: 1)
7. Juego de cables de 18 AWG y 24 AWG
8. Telar de alambre 1/4"
9. Raspberry Pi 3 + Google Voice Hat (solo necesitas el sombrero de voz + micrófono aquí y no el altavoz en sí)
10. Arduino Nano con cable Mini USB
11. ~ Relés SSR de orificio pasante de carga de voltaje de 3-24 V
12. Protoboard de tamaño medio

También necesitaría una fuente de alimentación de voltaje variable, un multímetro, un soldador y una pistola de pegamento caliente durante todo este proceso.

Nota: Este es un prototipo rápido y existen mejores alternativas para algunos de los componentes y conexiones. Si sabe lo que está haciendo, no dude en cambiar con alternativas viables.

Hackeé la fuente de alimentación de salida única de 5V / 10A en una fuente de salida múltiple quitando el enchufe y agregando mis propios cables de múltiples hilos para componentes individuales.

• Línea 5V para placas de controlador Icstation
• Línea 5V para LED RGB
• Línea 5V para Raspberry Pi 3
• Línea de 12V (variable a través de Boost Converter) para dosificar la bomba peristáltica
• Línea de 24 V (variable a través del convertidor Boost) para bomba peristáltica de lluvia de alto caudal

Tomé las líneas individuales y las puse juntas en un telar de alambre para una apariencia ordenada. También agregué un límite en la línea de 5V para evitar ondas de energía, ya que se conecta directamente a Raspberry Pi.

Conexiones básicas:

Conecté una de las líneas de 5V directamente a Raspberry Pi, la parte posterior de la placa a PP1 y PP6 para no usar un cable mini usb debido al espacio limitado. El Pi tiene un Google Voice Hat encima. Tomé un programa ya existente que tenía para la conmutación en serie y lo porté a un Arduino Nano. Este Nano está conectado a Pi 3 a través de un cable mini USB corto. El Arduino Nano tiene conexiones a un protoboard para encender / apagar los relés que a su vez encienden / apagan las bombas / el generador de neblina.

El protoboard tiene tres relés con líneas de carga de 5V, 12V y 24V cada uno. Cada relé también está conectado a un pin separado en Arduino (D5, D7 y D8). Consulte el diagrama del relé sobre cómo cablear los contactos del relé para alguna acción de conmutación. A1 / A2 serán las líneas de Arduino, mientras que 13+, 14 serán sus líneas para completar el circuito de la carga. Estoy usando relés para un buen aislamiento, pero también puede reemplazarlos con transistores. Recuerde tener una conexión a tierra común entre la carga y Arduino para que el circuito funcione.

Resonadores cerámicos

Los resonadores / piezos cerámicos vienen con una placa de controlador cada uno que puede verificar individualmente en una fuente de alimentación variable. La superficie superior de cerámica debe estar en contacto con el agua para que se genere niebla. Una vez que haya probado las placas de controlador, conéctelas directamente con una línea de alimentación de 5 V, con un relé en el medio (como se indica arriba). A medida que se enciende el relé y se completa el circuito, verá que el agua se convierte en niebla.

LEDs

Los LED Neopixel de Adafruit se controlan directamente con una línea de control a Arduino, sin utilizar ningún relé. Corté esta tira larga en varias secciones de ~ 15 LED cada una. Consulte esta página para saber cómo cortar y conectar estos LED. Después de crear múltiples secciones de LED (como también se ve en la imagen), mantuve la cubierta de silicona y agregué pegamento caliente en los extremos para impermeabilizar todo. Pegué secciones individuales en la parte inferior de la bandeja de lluvia para una distribución de iluminación agradable y uniforme.

Bombas peristálticas

Como se señaló anteriormente, hay dos bombas peristálticas en este terrario. El peristáltico de dosificación suministra solo pequeñas cantidades de agua para el generador de neblina. El depósito de niebla tiene dos resonadores cerámicos en contacto con el agua, pero el agua no termina muy rápido. Como resultado, esta bomba no funciona con mucha frecuencia para llenar el depósito de niebla con agua. (De hecho, incluso terminé eliminándolo del código y simplemente llenando el depósito de nebulización manualmente a veces simplemente levantando la tapa superior del terrario)

El peristáltico de 24 V, 2200 ml / min, por otro lado, se utiliza para la lluvia y, por lo tanto, se elige para este alto volumen. Si bien 24 V en sí producirán una tasa de flujo demasiado alta para el terrario, puede cambiar el voltaje en el convertidor Boost para cambiar la tasa de flujo de esta bomba a una configuración óptima.

Paso 5: Montaje y prueba

Montaje

Perforación

La electrónica (2 bombas peristálticas, RPi + Voice Hat / Micrófono, Nano, placas de controlador piezoeléctricas, protoboard de relé) permanecen en las 6 "L inferiores del terrario. Fui por el montaje de abajo hacia arriba según el modelo 3D. Taladro dos orificios (aproximadamente 1/4 "cada uno) en la parte posterior de las secciones inferiores de la electrónica; uno de los orificios es para las líneas eléctricas de todos los componentes, mientras que el otro es para los tubos de las bombas peristálticas.

Taladre un orificio dejando 1/4 desde la tapa superior para permitir que entre el tubo de agua de lluvia. Perfore otro orificio pequeño para que salga el cableado del LED y entre en el Nano en la parte inferior. Pruebe todos los componentes electrónicos una última vez antes poniéndolos dentro de la caja.

Colocación e impermeabilización

A estas alturas, todas las secciones acrílicas deberían haberse pegado en su lugar desde el paso Diseño del recinto. Coloque la electrónica mencionada anteriormente en la caja inferior y coloque la tapa. Es importante sellar esta tapa con cuidado para que sea impermeable. La tapa no encaja a presión dentro de la caja, de modo que dé algo de espacio para que el pegamento fluya fácilmente y cierre los espacios. Usé epoxi, lo vertí sobre los lados de la tapa y lo dejé correr sobre el andamio hecho para sostener la tapa. El pegamento debe correr y cerrar los huecos sin problemas. Déjelo reposar durante la noche y luego posiblemente aplique otra capa de impermeabilización con el sellador GE.

Ensamblaje de lluvia y niebla

El montaje de la bandeja de lluvia con depósito de neblina (con discos de cerámica en su parte inferior) debería haberse unido en el paso de diseño del recinto. Los LED también deben estar pegados en la parte inferior de la bandeja de lluvia del paso anterior y los cables para resonadores cerámicos que salen del orificio respectivo en la parte superior / posterior de la caja. Puede dejar que este ensamblaje del fabricante de lluvia + niebla se asiente en el andamio en la parte superior de la caja. Antes de cerrar la tapa superior, introduzca el tubo de la bomba a través del orificio perforado previamente sobre la bandeja de lluvia para este propósito. Corte pequeñas secciones de tubería y use conectores de púas para crear múltiples salidas para una distribución uniforme del agua cuando llega a la bandeja. La lluvia tendrá un aspecto uniforme de esta manera en el terrario. Puede usar una botella dispensadora de agua exprimible para agregar agua en el depósito de niebla antes de poner la tapa para probar una vez que todo esté dentro de la caja.

Pruebas

Conecté la energía que hace que el RPi se conecte. Anteriormente se había configurado para conectarse a mi red wifi local. Puedo consultar la red para la IP de Pi, después de lo cual uso el uso compartido de pantalla incorporado en Mac para iniciar sesión en Pi. Esto me permite probar y ejecutar cosas de forma remota sin tener que conectar un cable HDMI en la caja. Utilizo mis programas preestablecidos (consulte el paso de Software para programas que se ejecutan en Pi / Arduino para componentes diferentes) para probar que todo está en su lugar antes de continuar con los siguientes pasos.

Paso 6: Diseño de terrarios (paisajismo)

Esta es probablemente la parte más divertida de todo el proceso. ¡Puedes cazar o comprar plantas! Recorrí los centros de jardinería locales, incluido el de Home Depot local, las tiendas de plantas cercanas e incluso simplemente caminé por mi vecindario, que tiene muchos espacios verdes. Dado que el clima es húmedo, cerrado y cambia mucho dentro del terrario, estaba tratando de encontrar plantas de clima tropical resistentes. Necesitaría los siguientes elementos para tener la cama lista para plantar:

• Suelo negro
• Perlita
• Grava
• Carbón activado

El agua se filtra a través del lecho de tierra hasta el depósito para ser reciclada nuevamente como lluvia. Utilice una malla de alambre fino (por ejemplo, malla de fibra de vidrio) como base antes de colocar la capa de tierra. Coloque carbón activado como la capa más inferior del terrario. Esto evita que los mohos crezcan dentro del terrario y también mantiene a raya cualquier mal olor. Cubre esta capa con un poco de grava para que el agua tenga otra capa de filtrado y la suciedad no siga fluyendo libremente hacia el depósito. Mezcle tierra negra y perlita en una proporción de 1: 1 para que tenga un sustrato de cultivo realmente aireado y drenado. Ahora está listo para plantar.

Nota: Para dejar caer todas estas cosas en la caja sin tocar las paredes, hice una forma de embudo con un papel y vertí material en la caja a través de esa abertura y no lo arrojé directamente.

Recogí pequeños troncos y musgo de los troncos de los árboles en mi vecindario y más variedad de pequeñas plantas tropicales en las tiendas de plantas locales. Encontré un árbol Bonsai Orange que se adaptaba a mis necesidades de apariencia y algo que sobreviviría en un clima actual en Home Depot. Utilizo un poco de musgo de hoja y algo de musgo español (ambos comúnmente encontrados en centros de jardinería) para obtener un aspecto verde natural sobre el suelo en el terrario.

En cuanto a la siembra, paso de la talla pequeña a la grande. Utilizo pinzas para colocar las plantas pequeñas y coloqué musgo / troncos solo con las manos, antes de alcanzar el aspecto con el que finalmente estaba feliz. Debe regar el terrario una vez con agua ligera y dejarlo reposar durante uno o dos días para que las plantas se aclimaten y echen raíces en esta nueva cama.

Paso 7: software

Estas instrucciones en su mayor parte provienen del github aquí con todo el código. Todavía los voy a dejar aquí para completar. Si bien utilizo Google Assistant como se ve en el video, el terrario también es un Google Voice Hat con un micrófono en el propio terrario, escuchando comandos. Puede elegir usar AIR Voice Hat según las instrucciones aquí.

Antes de que empieces

DialogFlow / Actions en Google

Siga los pasos aquí para crear un agente de Dialogflow. Usamos una intención de bienvenida que permite al usuario comenzar a hablar con el terrario. Hay intenciones adicionales para que el usuario pregunte sobre el clima en cierta ubicación, hora (por ejemplo: 'muéstrame el clima en Seattle') o invocar una acción explícita (por ejemplo: 'haz que llueva')

Deberá implementar sus funciones en la nube que están asignadas a las acciones del usuario.

-> Siga las instrucciones aquí para habilitar las funciones en la nube para firebase. -> Los pasos para implementar las funciones de CLI se encuentran en Implementar sus funciones con Firebase CLI en el mismo enlace que el anterior

Cloud PubSub Configure un proyecto de Cloud PubSub como en este vínculo

Siga los pasos para crear un tema. Creamos un tema llamado 'Clima' en nuestro proyecto, al cual agregamos nuestras suscripciones. Solo usamos suscripciones de extracción en este proyecto. La suscripción fue terrario se nombró como detalle del clima

Tenga en cuenta la identificación del proyecto para este proyecto, ya que será útil ejecutar el cliente de escucha más adelante.

APIG de Openweather Obtenga su clave de API en openweathermap.org. Agregue esta clave en las funciones de la nube para que esas funciones puedan hacer ping a los servidores meteorológicos cuando el usuario solicite información específica

Instale NodeJS en su RPi

Cómo ejecutar estos módulos

Implementación de la función de Dialogflow Cloud

Navegue al directorio de sus funciones y ejecute lo siguiente en orden

$ npm instalar

$ firebase login

$ firebase init

Y finalmente ejecute lo siguiente para implementar sus funciones:

$ firebase deploy

El enlace de las funciones implementadas se convierte en la URL del webhook para Dialogflow. Cloud PubSub

Vaya al directorio del archivo subscription.js & package.json y ejecute npm install para instalar las dependencias. Cuando esté listo, ejecute node subscritpions.js listen-messages weather-detail donde weather-detail es la suscripción que creó en un paso anterior. Implementación de prueba de Google Assistant / AIY Voice Kit

Puede utilizar un Google Home o un kit de voz AIY para interactuar con el terrario. La configuración de la aplicación anterior sigue siendo la misma para ambos.

Siga las instrucciones aquí para probar e implementar su aplicación en el Asistente de Google. Luego, puede usar un Asistente de Google asociado con su cuenta hablando con él para activar el terrario y preguntándole sobre el clima.

Paso 8: ¡Ejecute el terrario

Seguir toda esta configuración parece arduo, pero en realidad es divertido y atractivo mientras se trabaja con las plantas. Si lo haces bien, finalmente deberías poder decir algo como

'Hola Google, ¿qué tiempo hace en Seattle?', 'Hola Google, haz que llueva', etc. y observa la salida mágica en tu terrario.

¡Disfruta de tu nuevo terrario y enséñaselo a tus amigos!

Paso 9: Colaboradores / NOTA

• Hecho por Harpreet Sareen y sus amigos en Google Creative Lab.
• Este proyecto sigue las Pautas de la comunidad de código abierto de Google. Consulte aquí la licencia y otras pautas.
• Nota: este no es un producto de Google con soporte oficial.